目前，作为人口大国的中国开始迈入老龄化社会，加上不断恶化的自然环境和快节奏的现代生活，疾病对社会人群的威胁日益凸显，医疗资源也越来越紧张。在此背景下以达芬奇（Da Vinci）外科手术系统为代表微创手术医疗平台开始受到人们的关注。微创手术，顾名思义是指医生利用微型手术工具，通过患者身上的微小创口进入其体内，到达指定病灶区域后进行相关操作的一种新医疗技术，与传统手术相比具有创伤小、恢复快等优点，既能减轻患者痛苦，又能缩短住院时间，节约医疗资源。然而，任何新型技术都难免有其不足，微创手术的缺陷也随患者的增多逐渐暴露出来。目前，现有的微创手术工具可控性与操纵舒适度不佳，对医生的经验有较高的依赖性；操作器械多为刚性材料，手术过程中患者不适感较强，安全性也存在一定的隐患。为改善以上诸多问题，本课题将以心脏外科中的射频消融手术为背景，围绕如何利用软体机器人系统进行微创手术展开一系列研究，研究内容概述如下。对于人体心脏这一特殊环境，传统刚性材料的机器人系统无法满足安全性的要求。因此，本文首先回顾了几种经典的手术机器人和软体机器人，分析了各自的优缺点。随后，通过梳理手术机器人的关键技术和现存不足，进一步凸显出软体机器人在安全性以及灵活性方面的巨大优势；同时，也指出了将其应用于实际临床可能在建模与控制方面遇到诸多难题。随后，本文详细介绍了软体手术机器人系统的结构设计。借鉴象鼻生理结构设计的机器人本体，整体上采用柔软的医用硅胶材料，安全无毒，与人体组织无反应。其内部在特定部位嵌有多根驱动绳线，中心部位设有消融工具和微型摄像头，底部与供给箱相连。供给箱主要为机器人本体提供驱动力，分为上层和底层系统，上层系统包含驱动绳线的微型舵机以及旋转运动系统，底层系统主要为直线运动系统。机器人控制系统的构成，也分为上位机与底层控制板两部分，上位机主要接收操作指令和反馈信息，并可实时显示在人机交互界面上。上位机根据操作指令向底层控制板发送电机指令，底层控制板收到指令后按照电机各自通讯协议进行分发。此外还设计了手术机器人的两种操作模式：手动模式与自动模式。手动模式与传统手术操作模式相似，但工作量大；自动模式主要为减轻医生的工作量而设计。由于机器人本体模型对系统自动模式十分重要，本文对软体机器人的建模也做了简要的分析。目前软体机器人尚未有系统性的建模理论，因此本文首先梳理了软体机器人建模过程中几个关键性的问题，并指出传统方法并未能对其给出满意的解答，模型难以实际运用。随后，本文从无模型控制的角度出发，探究了基于行为的控制策略方法：通过分析软体生物，特别是章鱼触手和象鼻的生理结构及动作特征，定义了机器人本体的几种基本动作与行为，并设计了简单的实验任务，通过实验证明该控制策略的实际可行性。最后本文设计并行进了大量实验，以检验机器人本体的行为能力和操作模式舒适度。实验结果表明软体手术机器人系统在拥挤环境下具有较好的行为能力，能够通过手动模式与自动模式下到达指定目标点。对于心跳的干扰，软体机器人除了通过自身柔软材料的柔软特性，还可以通过主动控制来较小干扰。实验也从另一方面反映出软体手术机器人相比传统刚体手术机器人，在安全与控制方面有着更好的兼顾性，实际临床运用将更具前景。由于研究时间和资源有限，本文的主要工作还是集中在软体手术机器人的系统设计上，对于建模方法以及控制策略都未能深入展开。相信随着课题工作的进一步深入，本软体手术机器人将在心脏微创手术方面取得更大的成就。